一种基于单片机的超声波传感器的研究与设计

基于单片机超声波测距系统的设计和实现超声波测距系统是利用超声波传播速度较快的特性，通过发射超声波并接收其回波来测量距离的一种常见的测距方式。

在本文中，我们将介绍基于单片机的超声波测距系统的设计和实现。

一、系统设计原理超声波测距系统主要由超声波发射器、超声波接收器、单片机和显示器组成。

其工作原理如下：1.发送超声波信号：超声波发射器通过单片机控制，向外发射超声波信号。

超声波的发射频率通常在40kHz左右，适合在空气中传播。

2.接收回波信号：超声波接收器接收到回波信号后，将信号经过放大和滤波处理后送入单片机。

3.距离计算：单片机通过测量超声波发射和接收的时间差来计算距离。

以声速343m/s为例，超声波的往返时间与距离之间的关系为：距离=时间差×声速/2、通过单片机上的计时器和计数器来测量时间差。

4.数据显示：单片机将计算得到的距离数据通过显示器显示出来，实时展示被测物体与超声波传感器之间的距离。

二、系统设计步骤1.系统硬件设计：选择合适的超声波模块，其具有超声波发射器和接收器功能，并可通过接口与单片机连接。

设计好电源电路以及超声波传感器与单片机之间的连接方式。

2.系统软件设计：根据单片机的型号和编程语言，编写相应的程序。

包括超声波信号的发射和接收控制，计时和计数功能的编程，距离计算和数据显示的实现。

3.硬件连接和调试：将硬件连接好后，对系统进行调试。

包括超声波模块与单片机的连接是否正确，超声波信号的发射和接收是否正常，计时和计数功能是否准确等。

5.优化和改进：根据实际测试结果，对系统进行优化和改进。

如增加滤波和放大电路以提高信号质量，调整超声波模块的发射频率，改进显示方式等。

三、系统实现效果完成以上设计和实施后，我们可以得到一个基于单片机的超声波测距系统。

该系统使用简单，测距精度高，响应速度快，适用于各种距离测量的应用场景。

同时，该系统还可根据具体需求进行各种改进和扩展，如与其他传感器结合使用，增加报警功能等。

基于stm32单片机的超声波测距仪设计报告【文章标题】基于STM32单片机的超声波测距仪设计报告【引言】超声波测距是一种常见且有效的测量方法，被广泛应用于工业控制、自动化、智能家居等领域。

本文将深入讨论基于STM32单片机的超声波测距仪的设计原理、硬件搭建和软件编程，并分享对该设计的观点和理解。

【简介】1. 超声波测距原理简介（可使用子标题，如1.1）- 超声波的特性与应用- 超声波传感器原理及工作方式2. 设计方案（可使用子标题，如2.1）- 系统框图：硬件模块与连接方式- 所需材料清单及器件参数选择【正文】1. 超声波传感器的选型与特性比较（可使用子标题，如1.1）1.1 超声波传感器的种类与特点1.2 STM32单片机与超声波传感器的配合选择理由与原则2. 硬件电路设计与搭建（可使用子标题，如2.1）2.1 超声波发射电路设计与实现2.2 超声波接收电路设计与实现2.3 STM32单片机与超声波传感器的连接方法及引脚映射3. 软件编程实现（可使用子标题，如3.1）3.1 STM32单片机开发环境配置与准备3.2 程序框架和流程设计3.3 超声波信号处理与距离计算算法【总结】1. 设计成果总结与优缺点评价- 设计成果与功能实现总结- 设计过程中的挑战与解决方案- 设计的优点与改进空间2. 对基于STM32单片机的超声波测距仪设计的观点和理解- 本设计在硬件搭建和软件编程方面充分利用了STM32单片机的性能与功能- 超声波测距仪在工业自动化和智能家居等领域具有广阔应用前景 - 未来可以进一步提升设计的灵活性和可扩展性【参考资料】- 张三: 《超声波测距原理与应用技术》，出版社，2018年- 李四: 《STM32单片机与嵌入式系统设计》，出版社，2019年以上是本文基于STM32单片机的超声波测距仪设计报告，对这个主题的观点和理解。

希望这篇文章内容全面、深入，并能帮助您对超声波测距仪设计有更深刻的理解。

企业组织结构类型１、直线制直线制是一种最早也是最简单的组织形式。

其特点是企业各级行政单位从上到下实行垂直领导，下属部门只接受一个上级的指令，各级主管负责人对所属单位的一切问题负责。

厂部不另设职能机构（可设职能人员协助主管人工作），一切管理职能基本上都由行政主管自己执行。

直线制组织结构的优点是：结构比较简单，责任分明，命令统一。

２、职能制职能制组织结构，是各级行政单位除主管负责人外，还相应地设立一些职能机构。

如在厂长下面设立职能机构和人员，协助厂长从事职能管理工作。

这种结构要求行政主管把相应的管理职责和权力交给相关的职能机构，各职能机构就有权在自己业务范围内向下级行政单位发号施令。

因此，下级行政负责人除了接受上级行政主管人指挥外，还必须接受上级各职能机构的领导。

３、直线—职能制直线－职能制，也叫生产区域制，或直线参谋制。

它是在直线制和职能制的基础上，取长补短，吸取这两种形式的优点而建立起来的。

４、事业部制事业部制最早是由美国通用汽车公司总裁斯隆于1924年提出的，故有“斯隆模型”之称，也叫“联邦分权化”，是一种高度（层）集权下的分权管理体制。

它适用于规模庞大，品种繁多，技术复杂的大型企业，是国外较大的联合公司所采用的一种组织形式，近几年中国一些大型企业集团或公司也引进了这种组织结构形式。

５、模拟分权制这是一种介于直线职能制和事业部制之间的结构形式。

许多大型企业，如连续生产的钢铁、化工企业由于产品品种或生产工艺过程所限，难以分解成几个独立的事业部。

又由于企业的规模庞大，以致高层管理者感到采用其他组织形态都不容易管理，这时就出现了模拟分权组织结构形式。

６、矩阵制在组织结构上，把既有按职能划分的垂直领导系统，又有按产品（项目）划分的横向领导关系的结构，称为矩阵组织结构。

基于单片机的超声波测距仪的设计超声波测距仪是一种常见的测量距离的仪器，它使用超声波的反射原理来测量被测物体与测距仪之间的距离。

基于单片机的超声波测距仪可以实现更精确、更灵活的测距功能。

本文将详细介绍基于单片机的超声波测距仪的设计。

首先，我们需要选择合适的硬件平台。

单片机作为核心芯片，可以选择AT89C51或者STM32等。

超声波传感器可以选择HC-SR04或者JSN-SR04T等。

此外，我们还需要一块LCD显示屏用于显示测距结果，以及一些电路连接线等。

接下来，我们需要设计电路部分。

首先，将超声波传感器的VCC引脚连接到单片机的5V引脚，将GND引脚连接到单片机的GND引脚。

然后，将超声波传感器的Trig引脚连接到单片机的一些IO口，将Echo引脚连接到单片机的另一个IO口。

最后，将LCD的引脚连接到单片机的相应IO 口，至此电路部分完成。

接下来，我们需要编写相应的软件程序。

首先，我们需要初始化单片机的IO口，将Trig引脚设置为输出模式，Echo引脚设置为输入模式。

然后，我们需要设置中断，以便能够检测到Echo引脚电平的变化。

当超声波传感器发出一次超声波后，Echo引脚将会有一次脉冲输出，该脉冲的宽度与被测物体与测距仪之间的距离成正比。

我们可以通过测量脉冲的宽度来计算出距离。

在进行测距之前，我们需要先发出一段超声波。

通过设置Trig引脚为高电平，持续10us，然后将其设为低电平，即可发出一段超声波。

接下来，我们需要在中断服务函数中记录下Echo引脚电平变化的时间，即可以得到Echo引脚电平变化的时间间隔。

根据声速的传播速度，我们可以将时间间隔转换为距离。

最后，我们将测量到的距离结果显示在LCD屏幕上。

通过调用LCD驱动程序中的相应函数，我们可以将距离结果以字符串的形式显示在LCD屏幕上。

综上所述，基于单片机的超声波测距仪的设计包括硬件电路的设计和软件程序的编写。

硬件电路主要包括超声波传感器、单片机、LCD显示屏等的连接，软件程序则主要包括初始化IO口、设置中断、发出超声波、测量脉冲宽度、计算距离和显示结果等的功能。

基于单片机的超声波测距系统的设计
超声波测距系统是一种常见的测距技术，它利用超声波的特性来测量物体与传感器之间的距离。

基于单片机的超声波测距系统是一种常见的应用，它可以广泛应用于工业自动化、智能家居、机器人等领域。

基于单片机的超声波测距系统主要由超声波传感器、单片机、LCD 显示屏和电源等组成。

超声波传感器是测距系统的核心部件，它可以发射超声波信号并接收反射回来的信号。

单片机是控制系统的核心部件，它可以对传感器发射的信号进行处理，并计算出物体与传感器之间的距离。

LCD显示屏可以显示测量结果，方便用户进行观察和操作。

在设计基于单片机的超声波测距系统时，需要注意以下几点：
1.选择合适的超声波传感器。

传感器的频率和探测距离是选择传感器时需要考虑的重要因素。

2.选择合适的单片机。

单片机的处理速度和存储容量是选择单片机时需要考虑的重要因素。

3.编写合适的程序。

程序需要能够对传感器发射的信号进行处理，并计算出物体与传感器之间的距离。

同时，程序还需要能够将测量结果显示在LCD显示屏上。

4.进行系统测试。

在完成系统设计后，需要进行系统测试，确保系统能够正常工作，并且测量结果准确可靠。

基于单片机的超声波测距系统具有测量精度高、响应速度快、体积小等优点，可以广泛应用于各种领域。

在未来，随着技术的不断发展，基于单片机的超声波测距系统将会得到更广泛的应用。

毕业设计基于单片机的超声波测距系统的研究与设计Research and Design of UltrasonicWave Based on Single-Chip2020 届电气工程系专业电气工程及其自动化学号学生姓名指导教师完成日期 2020年6 月 1 日毕业设计成绩单毕业设计任务书毕业设计开题报告摘要随着科学技术的快速进展，超声波将在传感器中的应用愈来愈广。

但就目前技术水平来讲，人们能够具体利用的传感技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃进展而又有无穷前景的技术及产业领域。

展望以后，超声波传感器作为一种新型的超级重要有效的工具在各方面都将有专门大的进展空间，它将朝着加倍高定位高精度的方向进展，以知足日趋进展的社会需求，如声纳的进展趋势大体为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以知足水中武器实施全隐蔽解决的需要；继续进展采纳低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别.无庸置疑，以后的超声波传感器将与自动化智能化接轨，与其他的传感器集成和融合，形成多传感器。

随着传感器的技术进步，传感器将从具有单纯判定功能进展到具有学习功能，最终进展到具有制造力。

在新的世纪里，面貌一新的传感器将发挥更大的作用。

本设计采纳以AT89C51单片机为核心的低本钱、高精度、微型化数字显示超声波测距仪的硬件电路和软件设计方式。

整个电路采纳模块化设计，由主程序、预置子程序、发射子程序、接收子程序、显示子程序等模块组成。

各探头的信号经单片机综合分析处置，实现超声波测距仪的各类功能。

在此基础上设计了系统的整体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块，LED显示。

相关部份附有硬件电路图、程序流程图。

关键词：AT89C51 超声波测距AbstractThe ultrasonic ranging application is extremely widespread. After the feasibility and reliability has been analysised, the structure design technique was established. This article introduces an ultrasonic distance measurement based on the AT89C51 single-chip computer, the system according to ultrasound in the air reflection principles of the dissemination. And it uses the ultrasound sensor as interface components for the application of the distance measure based by single-chip computer technology and the margin of time that ultrasound transmit in air, thereby the systems of design of ultrasonic test comes into being. The system primarily composed by the four modules : the controller module,ultrasonic launch module, ultrasound receiving module and display modular.The I/O ports of the 51 single-chip computer were used to cause the ultrasonic transducer to send out the 40kHz ultrasonic wave. The reflected signal enter the 51 after the enlargement and feedback circuit, and the system will complete the range finder by debugging the corresponding distance. This design can realize 2 meters in range finders, with the 10 centimeters blind spot, The system have the LED demonstration.Key Words:AT89C51 Ultrasonic Distance measure第1章绪论课题背景目的及重要意义随着科学技术的快速进展，超声波将在传感器中的应用愈来愈广。

基于单片机控制的超声波测距系统的设计一、概述。

超声波测距技术是一种广泛应用的测距技术，它能够非常精确地测量物体到传感器的距离。

本文介绍的基于单片机控制的超声波测距系统主要由控制模块、信号处理模块和驱动模块三部分组成。

其中，控制模块主要实现超声波信号的发射与接收，信号处理模块主要实现对测量结果的处理和计算，驱动模块主要实现对LED灯的控制。

二、硬件设计。

1.超声波发射模块：采用 SR04 超声波发射传感器，并通过单片机的PWM 输出控制 SR04 的 trig 引脚实现超声波信号的发射。

2.超声波接收模块：采用SR04超声波接收传感器，通过单片机的外部中断实现对超声波信号的接收。

3.控制模块：采用STM32F103单片机，通过PWM输出控制超声波发射信号，并通过外部中断接收超声波接收信号。

4.信号处理模块：采用MAX232接口芯片，将单片机的串口输出转换成RS232信号，通过串口与上位机进行通信实现测量结果的处理和计算。

5.驱动模块：采用LED灯，通过单片机的GPIO输出控制LED灯的亮灭。

三、软件设计。

1.控制模块：编写程序实现超声波信号的发射与接收。

其中，超声波发射信号的周期为 10us，超声波接收信号的周期为 25ms。

超声波接收信号的处理过程如下：（1）当 trig 引脚置高时，等待 10us。

（2）当 trig 引脚置低时，等待 echo 引脚为高电平，即等待超声波信号的回波。

（3）当 echo 引脚为高电平时，开始计时，直到 echo 引脚为低电平时，停止计时。

（4）根据计时结果计算物体到传感器的距离，将结果通过串口输出。

2.信号处理模块：编写程序实现接收计算结果，并将结果通过串口与上位机进行通信。

具体步骤如下：（1）等待串口接收数据。

（2）当接收到数据时，将数据转换成浮点数格式。

（3）根据测量结果控制LED灯的亮灭。

以上就是基于单片机控制的超声波测距系统的设计。

该系统能够通过精确测量物体到传感器的距离并对测量结果进行处理和计算，能够广泛应用于各种实际场合。

第１章绪论１.1课题背景目的及重要意义随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。

在人类文明的历次产业革命中,传感技术一直扮演着先行官的重要角色,它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术,在人们可以想象的所有领域中,它几乎无所不在[M]。

传感器是世界各国发展最快的产业之一,在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。

但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限,因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。

超声波测距与其它非接触式的检测方式方法相比，如电磁的或光学的方法它不受光线，被测对象颜色,电磁干扰等影响。

超声波对于被测物体处于黑暗,有灰尘,烟雾，电磁干扰，有毒等恶劣的环境有一定的适应能力。

因此在液位测量，机械手控制,车辆自动导航,物体识别等方面有广泛应用。

特别是应用于空气测距，由于空气中波速较慢,其回波信号中包含的沿传播方向上的结构信息很容易检测出来,具有很高的分辩力,因而其准确度也较其它方法高，而且超声波传感器具有结构简单,体积小，信号处理可靠等特点。

超声波是一种指向性强,能量消耗慢的波。

它在介质中传播的距离较远。

因而超声波经常用于距离的测量,可解决超长度的测量。

超声波作为一种特殊的声波,同样具有声波传输的基本物理特性，反射,折射，干涉,衍射，散射。

与物理紧密联系，应用灵活。

并且更适合与高温，高粉尘,高湿度和高强电磁干扰等恶劣环境下工作。

超声波可用于非接触测量，具有不受光、电磁波以及粉尘等外界因素的干扰的优点，是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的,对被测目标无损害。

而且超声波传播速度在相当大范围内与频率无关[J]。

超声波的这些独特优点越来越受到人们的重视。

在新的世纪里,面貌一新的传感器将发挥更大的作用课程设计目的是单片机原理与接口技术课程设计是在教学及实验基础上,对课程所学理论知识的深化和提高。

基于单片机超声波测距器设计设计要求基于单片机超声波测距器LED显示1、设计思路超声波传感器及其测距原理超声波是指频率高于20KHz的机械波。

为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。

完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。

超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。

超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。

超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）。

首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离测量距离的方法有很多种，短距离的可以用尺，远距离的有激光测距等，超声波测距适用于高精度的中长距离测量。

因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。

由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。

利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。

超声波发生器可以分为两类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。

本课题属于近距离测量，可以采用常用的压电式超声波换能器来实现。

根据设计要求并综合各方面因素，可以采用AT89S52单片机作为主控制器，用动态扫描法实现LED数字显示，超声波驱动信号用单片机的定时器完成，超声波测距器的系统框图如下图所示：图02、系统组成硬件部分主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路和超声波检测接收电路三部分组成。

采用AT89C5或其兼容系列来实现对CX20106A红外接收芯片和74LS04系列超声波发射模块的控制。

单片机通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。

《基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计》篇一一、引言在现代电子技术的迅猛发展中，精确测量距离的设备扮演着重要的角色。

随着人类对于生活环境安全性的关注提升，对于各种设备的精度要求也在逐渐加强。

超声波测距技术以其非接触性、高精度、低成本等优点，在众多领域得到了广泛的应用。

本文将详细介绍基于STM32单片机的高精度超声波测距系统的设计。

二、系统概述本系统以STM32单片机为核心控制器，结合超声波测距模块，实现对目标物体的精确测距。

系统主要由STM32单片机、超声波测距模块、电源模块、信号处理模块和显示模块等组成。

通过单片机对超声波模块的控制，实现对目标的精确测距，并通过显示模块实时显示测距结果。

三、硬件设计1. STM32单片机：作为系统的核心控制器，负责整个系统的控制与数据处理。

STM32系列单片机具有高性能、低功耗的特点，能够满足系统对于精确度和稳定性的要求。

2. 超声波测距模块：采用高精度的超声波测距传感器，实现对目标物体的距离测量。

通过超声波的发送与接收，实现对目标的距离计算。

3. 电源模块：为系统提供稳定的电源支持，确保系统的正常工作。

电源模块需考虑到功耗问题，以实现系统的长时间运行。

4. 信号处理模块：对超声波测距模块的信号进行滤波、放大等处理，以提高测距的准确性。

5. 显示模块：实时显示测距结果，方便用户观察与操作。

四、软件设计1. 主程序：负责整个系统的控制与数据处理。

主程序通过控制超声波测距模块的发送与接收，获取目标物体的距离信息，并通过显示模块实时显示。

2. 超声波测距模块控制程序：控制超声波的发送与接收，实现对目标物体的距离测量。

通过计算超声波的发送与接收时间差，计算出目标物体的距离。

3. 数据处理程序：对获取的测距数据进行处理，包括滤波、计算等操作，以提高测距的准确性。

4. 显示程序：将处理后的测距结果显示在显示模块上，方便用户观察与操作。

五、系统实现1. 通过STM32单片机的GPIO口控制超声波测距模块的发送与接收，实现超声波的发送与接收功能。